1、13-6 实现干涉的途径实现干涉的途径将一个光源的一束光波分割分割成两束或多束，使其重新相互交会，在交会区域可能产生干涉条纹.波前分割法 杨氏干涉杨氏干涉振幅分割法等倾干涉、等厚干涉等倾干涉、等厚干涉光波的分割方法：23-6-1 波前分割法(Wavefront splitting) 图示: Young干涉中的波前分割SS1S23 非定域条纹(nonlocalized fringe) 波前分割双光束干涉Fresnel 双面镜Fresnel 双棱镜Lloyd镜Billet对剖透镜43-6-2 振幅分割法振幅分割法(Amplitude splitting)常见的分振幅干涉现象光和膜光和膜是本类干涉现
2、象产生的是本类干涉现象产生的两个必要条件。两个必要条件。53-6-2 振幅分割法振幅分割法(Amplitude splitting)薄膜干涉薄膜干涉 1. 薄膜表面的反射和折射 nnaatarnnaatar反射系数 透射系数入射反射EEr 入射透射EEt rr12rtt关系式：6aarnnatnnarnnat逆向光逆向光光路可逆性原理artarratrattaarnnatarrarnnatartatratt rr12rtt返回7iAIiAIcoscos入射反射2r2tA反射系数 透射系数入射反射EEr 入射透射EEt iiq入射光束能流反射光束能流反射率R入射光束能流透射光束能流透射率TiAI
3、AIcoscos入射透射q8图示：薄膜表面的反射和折射 对透明薄膜，入射角不太大时，反射率较小2rR 23411234aaratattatratr2atrtatr2tatr3atr3tatr4atr4tnnn9112345432透明薄膜反射光的干涉主要为 1 和 2 之间的双光束干涉双光束干涉同理，透射光的干涉也可近似看作为双光束干涉0)1 (04. 0II04. 02 rR例如，透明玻璃 透明薄膜，入射角不大时，反射率很小 022*)2(IrttrattrattI002037. 004. 096. 0II 0)3(00006. 0II4)1(rIImm(m=2)I0=a2102薄膜干涉的规律
4、薄膜干涉的规律- a. 反射光的干涉 qiABCnnnAD)CBAC(nnr半波损失半波损失 aarattr两个反射光波之间的光程差（位相差）t2cos2q ntqcosCBACtitisintan2sinABADqDi2sintan2cos2qqitnntr2sintan2cos2qqqntnt23-6-2 振幅分割法振幅分割法(Amplitude splitting)薄膜干涉薄膜干涉 11干涉亮条纹： 干涉暗条纹： 2cos2q ntrqinnnaarattrtkrq)21(cos2 knt21krq) 1(cos2 knt12minmaxminmaxVIIII干涉条纹的对比度干涉条纹的对
5、比度： 双光束干涉 :21212VIIIIcos22121IIIII2121max2IIIII2121min2IIIIIqnaarattrt薄膜反射干涉 ： 21)(arI 22) (rattI22) (ttar和 212Vtttt42222)1 (2rrr222)1 (1)1 (2rr13qnaarattrt42222)1 (2rrrV透明透明薄膜的反射率 R = r 2 很小V 1例如 r2 = 0.04时 999. 0VIr14b. 透射光的干涉 qABCnnnaattr2atttD两透射光波之间的位相差：AD)CBAC(nnt无半波损失半波损失 qcos2nt干涉亮条纹： ktqknt
6、cos221kt暗条纹： q)21(cos2 knt15qABCnnnaattr2atttD222)(rattI 21) (attI 21212IIIIV4212rrVIt22rV 透明膜：反射率 R = r2很小， 很小16IrIt透射光：图示：透明薄膜的干涉强度分布反射光：暗背景亮背景对透明薄膜, 通常观察反射光中的干涉条纹17反射干涉 2cos2q ntr透射干涉 qcos2ntt光程差决定于膜厚、倾角nnnaattr2atttqinnnaarattrtiq反射光的干涉透射光的干涉183.等倾干涉等倾干涉(Interference of equal inclination)- 膜厚 t
7、恒定 只决定于入射角 同一级干涉条纹由 相同入射角的光束干涉形成i) 等倾条纹;ii) 定域于无穷远或透镜后焦面上2cos2q ntrqnnnt19*S1S2S3单单色色光光源源tn等倾干涉等倾干涉 条纹条纹屏屏薄膜透镜等倾干涉可用等倾干涉可用面光源照明面光源照明2cos2q ntr2022-1-24(1)(1)倾角倾角i相同的光线对应同一条干涉圆环条纹相同的光线对应同一条干涉圆环条纹干涉条纹特征：干涉条纹特征：(2)(2)不同倾角不同倾角i构成的等倾条纹是一系列同心圆环构成的等倾条纹是一系列同心圆环(3)愈往中心，条纹级别愈高愈往中心，条纹级别愈高22212sintnnik t t一定时一定
8、时， krik*若若改变改变t即：中心即：中心O点处的干涉级最高点处的干涉级最高 t中心向外冒条纹中心向外冒条纹 t中心向内吞条纹中心向内吞条纹(4)条纹间隔分布：条纹间隔分布：内疏外密内疏外密2coskntkq 12cos(1)kntkq 2sinkkntqq kg g , k t 一定(5)光源是白光光源是白光 i kr 彩彩色色干干涉涉条条纹纹L fPo r环环n1n1n iSi kq 21图示：点光源和面光源照明 面光源等倾干涉容许面光源照明224.等厚干涉等厚干涉(Interference of equal thickness)- 倾角q 恒定 等厚条纹; 定域于膜表面附近 图示：等
9、厚条纹的形成 只决定于膜厚2cos2qntr同级干涉条纹由相同厚度处的两反射光束形成等厚干涉可用面光源照明等厚干涉可用面光源照明23一般情况下，光源到膜的距离远大于膜的大小和光源的大小，对于有限大小的面光源，膜上某点处来自光源上不同点的光线的光程差主要决定于该点的膜厚。 等厚干涉可用面光源照明等厚干涉可用面光源照明24图示：等厚干涉图 25肥皂膜的干涉26一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是： A、人从右侧向左看，可看到彩色条纹 B、人从左侧向右看，可看到彩色条纹 C、彩色条纹水平排列 D、彩色条纹竖直排列 思思 考考思思 考考27在实际应用中常常碰到这样的情况， 产生 干涉的 薄膜
10、 是 夹在 两个 固体介质之间的空气层， 这里有 四个 反色面，为什么只考虑 两个面 II,III。思思 考考28窗户玻璃有两个表面， 为什么我们从来看不到干涉， 估计薄膜厚度到多少，我们肉眼看不见干涉条纹29劈形膜(wedge film)的干涉条纹图示：两平板玻璃间形成的劈形膜 平板玻璃xxt tan2cos2qntr2cos2qxr空气膜 n = 1入射光入射光(单色平行光垂直入射单色平行光垂直入射)22rx 30干涉亮条纹：2cos2qxrkrx平行于Y方向的平行条纹y条纹的疏密: dxddkrqcos2qcos2dkdx等间距的平行条纹 31图示：两平板玻璃间劈形膜的干涉条纹图32图示
11、：平板平整度的检测 条纹？条纹条纹qkxr2cos2亮条纹位置：332022-1-24* * * * 等厚条纹的应用等厚条纹的应用* * 劈尖的应用劈尖的应用 条纹间距条纹间距2 sin2Lnn 测波长：测波长：已知已知 、n n，测，测L L可得可得 测折射率：测折射率：已知已知 、，测测L L可得可得n n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h待测块规待测块规标准块规标准块规玻璃玻璃 测表面平行度测表面平行度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件标准件标准件入射光入射光(单色平行光垂直入射单色平行光垂直入射)思思 考考35下图是用来检验滚珠质量的干涉装置，两块平板玻璃之间放3个
12、滚珠，在钠黄光垂直照射，得到干涉条纹， 请问可以就以下干涉条纹得到什么结论，用什么办法可以进一步判断大小36图示：Newton 环的形成 等厚干涉条纹- 牛顿环(Newtons rings) 37图示：Newton 环实验的参数 222(11)rtRRrRR2211RrRRt2cos2qnt22Rr空气膜很薄 r, t R, Rrt22正人射 cosq 13822Rrk亮条纹：2暗条纹 中心处 r = 0球面半径 Rkrk21krk和212krRk测出Newton环半径即可确定球面半径39图示：利用Newton 环原理检测工件表面40现象 现象41实验装置42薄膜干涉薄膜干涉2cos2q nt
13、rqcos2ntt光程差决定于膜厚、倾角qnaarattrtnaattr2atttq等倾等厚43 光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。1.1.增透膜增透膜 在光学器件中，由于表面上的反射与透射，在器在光学器件中，由于表面上的反射与透射，在器件表面要镀膜，来改变反射与透射光的比例。可有增件表面要镀膜，来改变反射与透射光的比例。可有增透膜，增反膜。透膜，增反膜。例如：例如：较高级的照相机的镜头由较高级的照相机的镜头由 6 个个透镜组成，如不采取有效措施，反射透镜组成，如不采取有效措施，反射造成的光能损失可达造成的光能损失可达 45%90%。为增为增强透光，要
14、镀增透膜，或减反膜。强透光，要镀增透膜，或减反膜。复杂的光学镜头采用增透膜可使光复杂的光学镜头采用增透膜可使光通量增加通量增加 10 倍。倍。44 光学镜头为减少透光量，增加反射光，通常要镀光学镜头为减少透光量，增加反射光，通常要镀增反膜。增反膜。使两束反射光满足干涉加强条件：使两束反射光满足干涉加强条件：k )2 ,1( k2sin222122innd2.2.增反膜增反膜由于反射光最小，透射光便最强。由于反射光最小，透射光便最强。增反膜是使膜上下两表面的反射光满足干涉相长条件。增反膜是使膜上下两表面的反射光满足干涉相长条件。增透膜是使膜上下两表面的反射光满足减弱条件。增透膜是使膜上下两表面的
15、反射光满足减弱条件。2) 12(k )2 , 1(k2sin222122innd45例例: :为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（n3= =1.52）上镀一层上镀一层 MgF2 薄膜（薄膜（n2=1.38），使对人眼和感光底），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光片最敏感的黄绿光 = 555 nm 反射最小，假设光垂直反射最小，假设光垂直照射镜头，求：照射镜头，求：MgF2 薄膜的最小厚度。薄膜的最小厚度。解：解：2) 12(k )2 , 1(k321nnn不考虑半波损失。不考虑半波损失。dninnd2221222sin2k=1, ,膜最薄膜最薄24) 12(nkd24nd38.14105559m1017
